CC BY
13
УДК 631.6. 02 DOI: 10.34736/FNC.2020.110.3.004.23-26
Анализ агролесоландшафтов, подверженных эрозионным процессам, на основе моделирования и данных дистанционного зондирования
В.А. Силова, н.с., e-mail: [email protected] - Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), e-mail: [email protected], г. Волгоград, Россия
В статье затрагивается тема современного состояния природно-антропогенных агрокомплексов, которое обусловлено интенсивным использованием земель и сокращением затрат на восстановление их плодородия, что приводит к их деградации. Снижение продуктивности полей в целом подталкивает производителей к учету взаимосвязи лан-дшафтно-экологических и сельскохозяйственных требований к природопользованию, обосновывает становление адаптивно-ландшафтных принципов аграрного производства, что обеспечивает устойчивость развития и сохранения экосистем. Содержание исследования составляет анализ результатов геоинформационного картографирования земель сельскохозяйственного назначения, на их основе разрабатываются тематические геоин-
Интеграция методик геоинформационного анализа данных дистанционного зондирования Земли, комплексного ландшафтно-эколо-гического анализа деградации земель позволяют достичь главной цели исследований - выявить современное состояние агролесоландшафтов. При этом предполагается оценить их состояние, определить вероятную продуктивность, оценить степень защиты полей лесными насаждениями с учетом их сохранности в сухостепной зоне [4].
Задача исследований заключалась в разработке предложений по формированию устойчивых агролесоландшафтов. Основой методологии является совместное использование геоинформационного анализа данных дистанционного зондирования, результатов полевых исследований, и результатов моделирования смыва почвы по длине и крутизне склона [3]. Новизна исследований обусловлена комплексным применением современных методов математической и статистической обработки данных, аэрокосмических методов и геоинформационного анализа для получения новых математических моделей процессов, идущих в аг-роландшафтах.
Материалы и методика исследований. Методика исследования агролесоландшафтов каштановых почв в сухостепной зоне основана на методах аэрокосмических исследований в сочетании с геоинформационными технологиями, дешифрированием и компьютерным моделированием.
Источниками данных дистанционного зондирования для анализа ландшафтов являлись мульти-спектральные снимки, получаемые со спутников Worldview 3, Landsat-8 и др. и данные глобальных
формационные слои, где отображается реальная ландшафтно-экологическая ситуация. Основное внимание в работе автор акцентирует на определении интенсивности эрозионных процессов в агро-ландшафтах, в частности интенсивности смыва почв в зависимости от длины и крутизны склона. Установлены закономерности изменения характеристик ландшафтных объектов, на основе которых можно осуществить прогноз их состояния. Получение пространственно-определенных данных по размещению сельскохозяйственных угодий и их состоянию обеспечивает рациональное использование этих угодий для получения гарантированных урожаев полевых культур.
Ключевые слова: агроландшафт, пашня, сельскохозяйственные угодья, деградация.
цифровых моделей рельефа.
Для геоинформационного анализа и получения результатов обработки пространственных данных применяется программный комплекс QGIS 3.12. Изменение рельефа определяется с помощью применения глобальной цифровой модели местности SRTM 3. Используя геоинформационной анализ пространственных сведений и построения векторных контуров, автоматически вычисляются площадь, длина периметра и прочие геоморфологические значения объектов, которые отражаются в таблице атрибутов [6].
Пахотные угодья дешифрируются по космо-снимкам и представлены достаточно большими пространственными объектами. Пашни, как правило, разделены друг от друга технологическими проездами или полевыми дорогами, а также лесными насаждениями. В период, соответствующий работам по вспашке, поля не покрыты растительностью. Разрешение космоснимка для исследований пашни выбирается от 1 до 15 м [7].
Результаты и их обсуждение. Основанное на геоинформационных технологиях определение состояния и динамики агроландшафтов позволяет проводить анализ и количественную оценку изменений, что в свою очередь дает возможность установить закономерности изменения характеристик ландшафтных объектов и осуществить прогноз их состояния.
Определение интенсивности эрозионных процессов в агроландшафтах, подверженных эрозионным процессам, в настоящее время основывается на применении картограммы крутизны склонов и на учете степени смытости почв по материалам
почвенного картографирования, что не в полной мере обеспечивает точность учета комплексного влияния совокупности природных и антропогенных факторов эрозии, определяющих интенсивность (скорость) современной эрозии [2].
Территориальной единицей при расчетах смыва почв является элементарный водосбор на пашне с однородным склоном, формой, экспозицией и сходным почвенным разнообразием (таблица 1) [2].
Таблица 1 - Эталонная таблица интенсивности смыва почвы за год, т/га
Крутизна склона, град Длина линии стока, м
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
1 2,5 3,1 3,6 4,0 4,4 4,7 5,0 5,3 5,5 5,7 5,80 5,91
2 4,8 6,3 7,5 8,4 9,3 10,1 10,9 11,6 12,2 12,7 12,43 12,59
3 7,4 10 12 13,7 15,2 16,2 17,6 19 20,3 21,5 20,92 21,28
На основе эталонной таблицы интенсивности дель смыва почвы по длине и крутизне склона (ри-смыва почвы за год составлена регрессионная мо- сунок 1, 2).
Ш=((38,7*ЕХР(0,160*а)-40,9)*
(1-ЕХР(-0,00125*Ь)))+(6,94*ЕХР(0Д46*а)-6,2)*^оП*^гап*Когт
где Ш - вероятный максимальный смыв, т/га год Ь - длина линии стока, м а - крутизна склона, град
К5оЦ - поправочный коэффициент относительной смываемости почвы К - поправочный коэффициент на экспозицию склона К - поправочный коэффициент на форму склона
Рисунок 1 - График зависимости величины смыва почвы (У, т/га) от длины склона (X, м):
табличные значения кривая регрессии
Рисунок 2 - График зависимости величины смыва почвы (У, т/га) от крутизны склона (Х,°):
табличные значения кривая регрессии
Рисунок 3 - Обзорная космокарта полей тестового полигона
Используя разработанное уравнение регрессии и найденных коэффициентов аппроксимации был определен вероятный смыв почвы в зависимости от длины и крутизны склона. Так было проведено моделирование эталонного смыва почвы по длине и крутизне склона [1].
На одном из исследуемых участков пашни, общей
площадью 95,97 га, длиной линии стока 930 м, со средним уклоном равным 1,03° и максимальным 1,8° смыв составил 5,64 т/га, а со всей площади - 541,3 тонн. На другом участке пашни, площадью 248,46 га, длиной линии стока 1км, со средним уклоном 1,18° и максимальным 2,06°, смыв составил 9,29 т/га, а со всей площади - 2308,2 тонн (таблица 2).
Таблица 2 - Расчет модельного смыва почвы на тестовых участках за год, т/га
№ полей Площадь, га Уклон, град к ч soil к gran к, form
Поле 1 95,97 1,03 1,0 0,9 1,15
Поле 2 248,46 1,18 1,0 1,5 0,85
Выводы. В условиях резкого недостатка влаги даже малейшие невидимые для глаз неровности поверхности создают различия в водном режиме верхних горизонтов и, следовательно, различия в дальнейшем почвообразовательном процессе.
Изучив основные теоретические направления устройства территории на эродированных землях, методику комплексного состояния агролесо-ландшафтов, основанную на геоинформационных технологиях, можно проводить анализ изменений в ландшафтах и установить закономерности изменения характеристик ландшафтных объектов и осуществить прогноз их состояния.
Литература:
1. Виноградов, Б.В. Основы ландшафтной экологии / Б.В. Виноградов. - М.: ГЕОС, 1998. - 418 с.
2. Волков, С.Н. Региональное землеустройство. Т. 9 / С.Н. Волков. - М.: Колосс, 2009. - 707 с.
3. Денисова, Е.В. Применение геоинформационных
технологии для анализа состояния земель сельскохозяйственного назначения /Е. В. Денисова // Астраханский вестник экологического образования. - 2019. - № 6 (54). - С. 33-39.
4. Жученко, А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельскохозяйственного производства / А.А. Жученко,А.Д. Урсул. - Кишинев: Штиинца, 1983. - 304 с.
5. Иванов, А.Л., Кулик, К.Н., Барабанов, А.Т. Система адаптивно-ландшафтного земледелия Волгоградской области на период до 2015 года. Волгоград. - ИПК ВГСХА «Нива». - 2009. - 304 с.
6. Кирюшин, В.И. Методика разработки адаптивно ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур / В.И. Кирюшин. - М., 1995. - 79 с.
7. Методическое пособие по применению информационных технологий в агролесомелиративном картографировании / К.Н. Кулик и др. - М.: Россельхозакадемия, ВНИАЛМИ, 2003. - 47 с.
8. Юферев В.Г., Кулик К. Н., Рулев А.С. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации - Волгоград: Изд-во ВНИАЛМИ. - 2010. - 102 с.
Analysis of Agroforesolandscapes Subject to Erosion Processes Based on Simulation and Remote Sensing Data
V.A. Silova, research fellow, e-mail: [email protected] - Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences» (FSC of Agroecology RAS), Volgograd, Russia
The article deals with the current state of natural and anthropogenic agricultural complexes, caused by intensive use of land and reducing the cost of restoring their fertility, which leads to their degradation. The decrease in field productivity in General encourages producers to take into account the relationship between landscape-ecological and agricultural requirements for nature management, justifies the formation of adaptive landscape principles of agricultural production, which ensures the sustainability of ecosystem development and conservation. The content of the research is the GIS mapping results analysis of agricultural land to developed thematic GIS layers showing the real landscape-ecological situation. The author focuses on determining the erosion processes intensity in agricultural landscapes, in particular, the soil washout intensity depending on the slopelength and steepness. The regularities of changes in the characteristics of landscape objects are established, on the basis of which it is possible to make a forecast of their condition.Obtaining spatially defined data on the agricultural land location and its condition ensures the rational use of these lands to obtain guaranteed yields of field crops.
Key words: agrolandscape, arable land, agricultural land, degradation
Translation of Russian References:
1. Vinogradov, B. V. Osnovy landshaftnoj ekologii
[Fundamentals of land-scape ecology] / B. V. Vinogradov. -Moscow: GEOS, 1998. - 418 p.
2. Volkov S.N. Regional'noe zemleustrojstvo [Regional land management]. T.9. / S.N. Volkov. - M.: Koloss, 2009. - 707 p.
3. Denisova, E. V. Primenenie geoinformacionnyh tekhno-logij dlya analiza sostoyaniya zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya [Application of geoin-formation technologies for the analysis of the state of agricultural lands] / E. V. Denisova // Astrahanskij vestnik ekologicheskogo obrazovaniya [Astrakhan bulletin of environmental education]. - 2019. - 6 (54). - P. 33-39.
4. Zhuchenko, A. A. Strategiya adaptivnoj intensifikacii sel'skohozyajstvennogo proizvodstva [Strategy of adaptive intensification of agricultural production] / A. A. Zhuchenko, A. D. Ursul. - Kishinev: Shtiintsa, 1983. - 304 p.
5. Ivanov, AL, Kulik, KN, Barabanov, Sistema adaptivno-landshaftnogo zemledeliya Volgogradskoj oblasti na period do 2015 goda. Volgograd [At the system of adaptive landscape agriculture in the Volgograd region for the period up to 2015]. Volgograd. - IPK VGSKhA "Niva". - 2009. - 304 p.
6. Kiryushin, V.I. Metodika razrabotki adaptivno landshaf-tnyh sistem zemledeliya i tekhnologij vozdelyvaniya sel'skoho-zyajstvennyh kul'tur [Methodology for the development of adaptive landscape farming systems and technologies for the cultivation of agricultural crops]/ V. I. Kiryushin. - M., 1995. - 79 p.
7. Metodicheskoe posobie po primeneniyu inform-acionnyh tekhnologij v agrolesomelirativnom kartogra-firovanii [Methodical manual on the use of information technologies in agroforestry mapping] / K.N. Kulik et al. - M .: Rosselkhozakademiya, VNIALMI, 2003. - 47 p.
8. Yuferev V.G., Kulik K.N., Rulev A.S. Geoinformacionnye tekhnologii v agrolesomelioracii [Geoinformation technologies in agroforestry]. - Volgograd: Publishing house of VNIALMI. - 2010. - 102 p.
